基于VTK的三维地质体建模与可视化系统研究

论文摘要

随着计算机图形学技术的迅速发展以及矿山开采规模不断扩大和深入,三维地质建模与可视化技术在矿山开采和工程建设领域得到了广泛的应用。国内已有的三维地质建模与可视化技术在建模效率、真实感与实时交互等方面无法满足实际生产的要求。如何有效地建立真实准确的三维地质模型,并且能对模型进行快速的绘制已经成为目前研究的热点之一。本文在VTK(Visualization ToolKit)图形工具包基础上对三维地质建模与可视化系统进行了研究。在结合实际生产的基础上,对系统进行了详细需求分析和设计,运用了层次结构与插件方式相结合的架构模式,其中基于VTK的三维图形引擎采用的是层次架构模式,此引擎提供了通用的三维建模算法、图形渲染和场景管理功能接口,大大减小的系统开发的冗余度。在三维建模中采用的TIN(不规则三角网)表示三维地质实体,可以提高渲染速度和实体运算的准确性。对三维交互式设计方面采用的是插件的设计模式,减少了系统模块之间的耦合度,可对系统开发进行有效的管理。本文研究的三维地质建模与可视化系统基本可以实现三维矿体建模、三维巷道实体建模以及对三维地质数据的管理,在渲染速度方面基本满足实际生产的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状及选题研究意义
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 1.3.1 本文研究内容
• 1.3.2 章节安排
• 第二章 三维可视化工具包VTK
• 2.1 VTK简介
• 2.2 VTK可视化机制与原理
• 2.2.1 VTK的机制
• 2.2.2 VTK的可视化结构
• 2.2.3 VTK的对象模型（Object Models）
• 2.2.4 VTK的数据格式
• 2.2.5 VTK的内存管理与性能优化
• 2.3 VTK在本系统中的应用
• 第三章 三维地质体建模与可视化系统设计
• 3.1 系统总体的设计目标
• 3.1.1 系统设计需求分析
• 3.1.2 系统所应具有的特点
• 3.2 三维地质体建模与可视化系统的层次结构
• 3.2.1 系统体系结构
• 3.2.2 系统功能模块
• 3.2.3 系统应用扩展性
• 3.3 三维引擎模块设计
• 3.3.1 场景管理模块设计
• 3.3.2 三维建模模块设计
• 3.3.3 场景渲染与交互模块设计
• 3.4 系统应用层模块设计
• 第四章 系统核心模块算法研究
• 4.1 三维网格模型的空间布尔运算算法与实现
• 4.1.1 空间布尔运算
• 4.1.2 空间布尔运算基本步骤和方法
• 4.1.3 空间布尔运算具体实现
• 4.1.4 实现与实例
• 4.2 基于钻孔数据的复杂轮廓线三角面片的重构
• 4.2.1 钻孔数据的预处理
• 4.2.2 基于轮廓线的曲面重构
• 4.2.3 分支问题处理
• 4.2.4 算法的试验结果
• 4.3 巷道实体的三维建模研究
• 4.3.1 巷道三维建模及数据结构
• 4.3.2 巷道体算法实现
• 4.3.3 巷道体之间交叉处理布尔运算
• 4.3.4 试验及结论
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果